KR100909191B1 - 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법 - Google Patents

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법으로서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 기재 고분자를 용융방사하고, 방사된 섬유를 인취 롤러를 통해 인취하고, 상기 섬유를 비연신 다발로서 캔 안에 저장하는데, 비연신 다발의 수분 함량이 0.5 내지 12 중량% 이고 비연신 다발 주위의 환경의 온도가 35 ℃ 이하인 조건 하에서 저장한 후, 상기 다발이 연신 단계를 거치게 하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING POLYTRIMETHYLENE TEREPHTHALATE SHORT FIBER}
본 발명은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
테레프탈산 또는 테레프탈산의 저급 알킬 에스테르, 예를 들면 디메틸 테레프탈레이트를 트리메틸렌 글리콜 (1,3-프로판디올)과 중축합시켜 수득한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 폴리아미드의 특성과 유사한 특성, 예를 들면 낮은 탄성계수 (용이한 취급), 월등한 탄성 회복율 및 용이한 착색가능성, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 성능과 유사한 성능, 예를 들면 고내광성, 열 경화 특성, 치수 안정성 및 낮은 수분 흡수를 나타내는 고분자이다. 이들의 우수한 특성을 이용한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 기법은 단섬유를 충전용 솜, 부직포, 방적사 직포 등에 실용적으로 사용하는 목적을 위해 다양한 각도에서 연구되어 왔다.
반면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 단섬유의 제조에 있어서, 보통 용융방사로 제조되는 비연신 필라멘트 다발 (nondrawn filament tow)은 임시로 캔에 저장된 후, 연신 단계를 거친다.
그러나, 상기 방법에 따라 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유를 수득하는 경우, 비연신 필라멘트 다발이 임시로 캔에 저장되는 동안 비연신 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트 다발이 심하게 수축하는 문제가 발생한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 비연신 필라멘트 다발의 물리적 특성의 시간에 따른 변화를 감소시킬 수 있는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법, 및 안정하게 제조되도록 균일한 품질을 갖는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은, 용융방사 공정으로 제조되고 캔에 저장된 비연신 필라멘트 다발을, 상기 다발이 연신 단계로 공급될 때까지 소정의 온도에서 소정의 수분 함량으로 보관하여, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 품질 저하를 방지함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고, 상술한 발견을 토대로 본 발명을 완성하였다.
즉, 상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법은, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 고분자를 용융방사 (melt-spin)하고 수득한 비연신 다발을 인취 롤러 (take-up roller)를 통해 인취하여 캔에 넣은 후로부터 캔에 저장된 비연신 다발이 연신 단계를 거치기 전까지의 시간 동안, 비연신 다발의 수분 함량을 0.5 내지 12 질량% 로 유지시키고, 비연신 다발 주위의 주위 온도를 35 ℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용가능한 압축공기형 흡입 장치를 나타낸다.
발명의 수행을 위한 최선의 양태
본 발명의 방법에 사용가능한 고분자는 주요 성분으로서 테레프탈산을 1,3-프로판디올과 중축합하여 수득한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 포함한다. 본 발명에 있어서 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 고분자는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단일중합체 또는 하기에 언급하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 공중합체일 수 있다. 즉, 이소프탈산, 숙신산, 아디프산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 5-나트륨 술포이소프탈산 및 테트라부틸포스포늄 5-술포이소프탈레이트로부터 선택된 하나 이상의 산 성분; 또는 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 및 시클로헥산디메탄올로부터 선택된 하나 이상의 글리콜 성분; 또는 ε-카프로락톤, 4-히드록시벤조산, 폴리옥시에틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜 등으로부터 선택된 하나 이상의 성분이, 본 발명의 효과의 저하가 일어나는 한, 15 몰% 이하, 바람직하게는 5 몰% 이하의 양으로 상기 고분자와 공중합될 수 있다. 필요한 경우, 다양한 종류의 첨가제, 예를 들면 윤빼기 가공제 (delustering agent), 열 안정화제, 소포제, 정색제 (orthochromatic agent), 항산화제, 자외선 흡수제, 적외선 흡수제, 결정 핵형성제, 형광 증백제 (fluorescent brightener) 등이 공중합되거나 고분자와 혼합될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 고분자의 고유 점도는 바람직하게는 0.5 내지 1.8 의 범위, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.2 의 범위 내이다. 고유 점도가 0.4 미만이면, 고분자의 분자량이 너무 낮아서 충분한 섬유 강도를 수득하기 어려울 수 있다. 반대로, 고유 점도가 1.8 을 초과하면, 용융 점도가 너무 높아서 방사가 어려울 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 고분자는 초기에 통상의 방사구를 통해 용융방사된다. 상기 공정에서 용융압출 온도 (방사 온도)는 바람직하게는 235 내지 285℃의 범위, 더욱 바람직하게는 240 내지 260 ℃ 의 범위 내이다. 방사 온도가 285℃보다 높으면, 고분자의 분해로 인한 변색 또는 강도 및 연신율의 저하가 쉽게 발생할 수 있다. 반대로, 방사 온도가 235℃보다 낮으면, 충분한 강도 및 연신율을 갖는 섬유를 수득하기가 어렵다.
방사구로부터 용융압출된 고분자를 인취 롤러로 인취하고, 20 내지 30 ℃ 에서 냉풍을, 바람직하게는 방사구 바로 아래에서 고분자에 대해 뿜어서, 용융압출된 고분자를 고체화시킨다. 또한, 고분자를 필라멘트사 (filament yarn)로 고체화시킨 후, 수분 및 유분을 수득한 필라멘트사에 적용하는 것이 바람직하다. 상기 공정에서 수분의 양을 적당하게 조절함으로써, 캔에 저장되는 비연신 필라멘트 다발의 수분 함량을 조절할 수 있다. 수분 및 유분을 필라멘트사에 적용하는 방법에 특별한 제한은 없다; 그러나, 오일링 롤러 방법 (oiling roller method)이 바람직하게 적용된다. 인취 롤러에 의한 필라멘트사의 인취 속도는 바람직하게는 500 내지 2,000 m/분, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 1,500 m/분 이다.
이어서, 인취 롤러로 인취된 필라멘트사는 비연신 다발로서 캔에 저장된다. 필라멘트사가 인취 롤러로 인취되고, 인취된 필라멘트사가 자연적으로 캔 안으로 떨어지는 경우, 필라멘트사의 수분 함량이 너무 적으면, 각각의 필라멘트가 흐트러질 수 있으며, 롤러 주위에 필라멘트가 감기는 것과 같은 문제가 발생할 수 있다. 상기 경우, 인취 롤러를 통해 인취된 필라멘트사는 바람직하게는 도 1 에 나타내어진 압축 기류를 사용하는 흡입 장치로 통과시켜, 실제적으로 필라멘트사가 캔 안으로 떨어져서 그 안에 담겨지게 한다. 도 1 에서, 비연신 다발 (나타나지 않음)은 압축 기류의 흡입 작용에 의해 밑으로 흡입된다.
그 후, 캔에 담겨진 비연신 다발은 임시로 저장되고, 이어서 연신 단계에서 연신된다. 저장하는 동안 비연신 다발 내 수분 함량은 0.5 내지 12 질량% 의 범위, 바람직하게는 1 내지 7 질량% 의 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 질량% 의 범위 내로 유지되어야 한다. 수분 함량이 12 질량% 를 초과할 경우, 비연신 다발 내 각각의 필라멘트는 저장하는 동안 서로 쉽게 달라붙을 수 있다. 수분 함량이 12 중량% 를 초과하는 경우, 필라멘트사가 저장되는 캔 안에 수분이 모이고, 캔 바닥 부분에 위치한 비연신 다발 부분의 수분 함량이 증가하여, 각각의 필라멘트가 서로 달라붙는 것이 촉진될 수 있다. 반대로, 비연신 다발의 수분 함량이 0.5 질량% 미만인 경우, 비연신 다발을 연신 단계에서 캔으로부터 꺼낼 때 비연신 다발 내 각각의 필라멘트가 엉키거나 부러진다. 그 결과, 안정한 연신이 수행될 수 없다. 비연신 다발의 수분 함량을 상술한 범위로 유지하는 방법에 특별한 제한은 없다; 그러나, 예를 들면 용융방사 단계에서 필라멘트사의 수분 함량을 오일링 롤러에 의해 원하는 값으로 조절하고, 수득한 필라멘트사를 캔에 담고, 캔을 밀봉하는 것을 특징으로 하는, 소정의 수분 함량을 필라멘트사에 적용하는 방법이 바람직하게 수행된다.
비연신 다발을 임시로 저장할 때, 대기 온도는 35 ℃ 이하, 바람직하게는 0 내지 30 ℃, 더욱 바람직하게는 0 내지 25 ℃ 로 유지되어야 한다. 대기 온도가 35 ℃ 보다 높으면, 비연신 다발의 수축 또는 각각의 필라멘트가 서로 달라붙게 될 우려가 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 24 시간이 지난 후의 비연신 다발의 수축율은 바람직하게는 20 % 이하, 더욱 바람직하게는 10 % 이하이다. 연신 단계에서는, 다수의 캔으로부터 꺼낸 비연신 필라멘트사를 통상 합해서 연신한다. 그러나, 연신 공정은 수축율을 상술한 범위로 조절함으로써 안정하게 수행할 수 있으며, 균일한 품질을 갖는 연신된 필라멘트사 및 단섬유를 수득할 수 있다.
본 발명에서는 비연신 다발을 연신하는 방법으로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 대해 일반적으로 수행되는 방법이 채택될 수 있다. 연신된 다발은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유에 대해 일반적으로 수행되는 방법에 의해 권축 (crimp)되고 추가적으로 단섬유로 절단될 수 있다.
본 발명에 따르면, 용융방사로 제조되는 비연신 다발의 시간에 따른 수축율이 현저히 감소될 수 있다. 수득된 비연신 다발은 각각의 필라멘트가 서로간에 달라붙거나 엉키지 않으면서 월등한 품질을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제조 방법에 의해 수득된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유는 고품질이며, 충전용 솜, 부직포 또는 방적사 용도의 단섬유로서 지극히 적절하다.
본 발명의 실시예 및 비교예를 하기에 설명한다; 그러나, 이들 실시예가 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 실시예의 각각의 측정 항목은 하기의 방법에 따라 측정되었다.
(1) 고유 점도
고유 점도는 35 ℃ 에서 o-클로로페놀을 용매로 사용하여 측정하였다.
(2) 비연신 다발의 수분 함량
캔에 담겨진 직후의 비연신 다발을 열풍 건조기에 놓고 110 ℃ 에서 1 시간 동안 건조시켜서, 하기 공식에 의해 수분 함량을 측정하였다.
비연신 다발의 수분 함량 = ((A0 - A1)/A1)×100 (%)
[식 중, A0 는 건조 전의 비연신 다발의 질량이고, A1 은 건조 후의 비연신 다발의 질량이다].
비연신 다발 내 수분 함량은 방사구와 인취 롤러 사이에 설치된 오일링 롤러의 회전수를 적당하게 변화시킴으로써 변화시켰다.
(3) 대기 온도
비연신 다발이 방치된 밀폐실의 온도를 대기 온도로 하였다.
(4) 경과 시간
다발을 캔에 저장한 직후의 시간부터 비연신 다발의 수축율의 측정까지 걸린 시간을 경과 시간으로 하였다.
(5) 비연신 다발의 수축율
캔 안의 비연신 다발을 저장하기 시작하고부터 소정의 시간이 경과한 후 (경과 시간), 비연신 다발의 두께를 측정하고, 캔 안에 저장하기 시작한 직후의 비연신 다발의 두께로부터 두께 증가를 계산하여, 비연신 다발의 수축율로 삼았다.
(6) 비연신 다발의 표면 조건
비연신 다발의 표면 조건을 육안 관찰로 판단하였다.
3: 각각의 필라멘트의 달라붙음 및 엉킴이 발견되지 않는다. 양호.
2: 각각의 필라멘트의 달라붙음 및 엉킴이 약간 발견된다.
1: 각각의 필라멘트의 달라붙음 및 엉킴이 발견된다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1
고유 점도가 0.93 인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 칩을 130 ℃ 에서 5 시간 동안 건조시킨 후, 250 ℃ 에서 용융시키고, 직경이 0.28 ㎜ 인 원형 단면을 갖는 방사 구멍 1,008 개가 제공된 방사구를 통해 용융물을 660 g/분의 압출 속도로 압출하고, 25 ℃ 의 냉풍을 외부로부터 고분자 스트림의 주위로 뿜어서, 고분자 스트림을 고체화시켰다. 이어서, 수득한 필라멘트를 오일링 롤러와 접촉시켜, 수분 및 유분을 필라멘트에 제공하였다. 필라멘트를 인취 롤러로써 1,300 m/분의 롤러의 외주 속도(peripheral speed)로 인취한 후, 인취 롤러의 바로 하부에 설치된 압축공기형 흡입 장치(도 1 에 나타내어짐)에 통과시키고, 비연신 다발로서 캔에 넣었다.
캔 안에 담겨진 비연신 다발의 수분 함량 및 두께를 즉각 측정한 후, 비연신 다발을 백(bag)에 넣고, 밀봉하여 수분이 증발하지 않도록 하였다. 수득한 비연신 다발을 표 1 에 나타내어진 실내 온도에서 실내 보관하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 비연신 다발을 백으로부터 꺼내어 두께를 측정하였다. 이로써, 다발의 수축율을 측정하고, 비연신 다발의 표면 조건을 육안 관찰로써 판단하였다. 표 1 은 평가 결과를 나타낸다.
비교예 2
오일링 롤러의 회전수를 조절하여 비연신 다발의 수분 함량을 감소시킨 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방식으로, 수축율 백분율을 측정하고 비연신 다발의 표면 조건을 동시에 육안으로 판단하였다. 표 1 은 평가 결과를 나타낸다.
비교예 3
오일링 롤러의 회전수를 조절하여 비연신 다발의 수분 함량을 증가시키고 압축공기형 흡입 장치를 제거한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방식으로, 수축율 백분율을 측정하고 비연신 다발의 표면 조건을 동시에 육안으로 판단하였다. 표 1은 평가 결과를 나타낸다.
비연신 다발의 수분 함량 (%) 대기 온도 (℃) 경과 시간 (시간) 비연신 다발의 수축율 (%) 비연신 다발의 표면 조건
실시예 1 6 30 24 16 3
실시예 2 6 20 24 12 3
실시예 3 6 30 48 17 3
실시예 4 6 30 16 14 3
실시예 5 4 20 24 12 3
실시예 6 2 30 24 4 3
실시예 7 2 20 24 2 3
비교예 1 6 40 24 40 1 각 필라멘트의 달라붙음이 발견됨
비교예 2 0.4 30 24 14 1 각 필라멘트의 현저한 엉킴이 발견됨
비교예 3 15 30 24 35 2 각 필라멘트의 약간의 달라붙음이 발견됨
본 발명의 제조 방법에 따라, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 함유하는 비연신 다발의 물리적 특성의 시간 경과에 따른 변화가 감소될 수 있으며, 균일한 품질의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유가 안정하게 제조될 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법으로서,
    폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 고분자를 용융방사하고, 수득한 비연신 다발을 인취 롤러를 통해 인취하여 캔에 넣은 후로부터, 캔에 저장된 비연신 다발이 연신 단계를 거치기 전까지의 시간 동안, 비연신 다발의 수분 함량을 0.5 내지 12 질량% 로 유지하고, 비연신 다발 주위의 주위 대기를 35 ℃ 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 비연신 다발을 인취 롤러로써 인취한 후, 그러나 비연신 다발을 캔에 넣기 전에, 비연신 다발을 압축 기류를 사용하는 흡입 장치에 통과시키는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 고분자의 고유 점도는 0.5 내지 1.8 의 범위인 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 235 내지 285 ℃ 범위의 온도에서 용융방사를 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 500 내지 2,000 m/분의 속도로 인취를 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 단섬유의 제조 방법.
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